地理信息系统概论第一章.ppt

1、地理信息系统概论,尹 静 秋南京信息工程大学遥感学院,参考书目 龚健雅.地理信息系统基础.北京：科学出版社，2001 邬伦等.地理信息系统-原理、方法和应用.北京：科学出版社，2001 汤国安等. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程 .北京：科学出版社，2007 吴信才等.地理信息系统原理与方法.北京：电子工业出版社，2002,参考书目,第一章 导 论,第一节 地理信息系统基本概念 第二节 地理信息系统的基本构成 第三节 地理信息系统的功能简介 第四节 地理信息系统的发展透视,第一节 地理信息系统基本概念,数据与信息 两者在词义上的差别：数据是信息的表达，信息则是数据的内容； 数据是客观

2、对象的表示，只有当数据对实体行为产生影响时才成为信息； 信息是当代社会发展的一项重要任务。,地理信息 地理信息是指表征地理圈或地理环境固有要素或物质的数量、质量、分布特征、联系和规律等的数字、文字、图像和图形等的总称； 地理信息属于空间信息，它具有空间定位特征、多维结构特征和动态变化特征。,第一节 地理信息系统基本概念,地理信息的特征,（1）空间特征（2）时间特征（3）属性特征（4）海量特征（5）信息载体多样化特征,地理信息系统的特征 （与一般的管理信息系统相比）,（1）空间数据的管理为核心（2）空间分析为特色（3）人为系统建设为关键,地理信息系统(简称GIS) GIS是跨越地球科学、信息科学

3、和空间科学的应用基础学科，它研究关于地理空间信息处理和分析过程中提出一系列基本问题，如空间对象表达与建模、空间关系及推理机制、空间信息的控制基准、空间信息的认知与分析、GIS系统设计与评价GIS应用模型与可视化、空间信息的政策与标准等； GIS的操作对象是空间数据,空间数据的主要特点是按统一的地理坐标编码，并实现对其定位、定性、定量和拓扑关系的描述,由此而形成GIS的技术优势是有效的地理实体表达、独特的时空分析能力、强大的图形创造手段和可靠的科学预测与辅助决策功能等；,GIS是管理和分析空间数据的应用工程技术，该工程技术系统由六个子系统组成； GIS为地理学解决复杂的规划与管理问题提供了有效的

4、手段，而地理学则为GIS提供了重要的基础理论依托； GIS的科学定义： 地理信息系统既是管理和分析空间数据的应用工程技术，又是跨越地球科学、信息科学和空间科学的应用基础学科。其技术系统由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题。,地理信息系统及其相关概念,GISGeographical Information System GISGeoinfomatics GISGeographic Information Science GISGlobe,Image Analysis,Satellite GISGentlema

5、nlike,Intelligence,Smile,地理信息系统及其相关概念,地理信息系统及其相关概念,地理信息系统及其相关概念,有85%的信息具有地理空间特征 国家 省市 邮政编码 电话号码 街道 家庭住址,地理信息系统及其相关概念,地理空间数据源,其他数据 统计数据 文字 多媒体,地图数据 道路 水系 居民地 地籍,Geocode,Digitize,遥感数据 航天遥感数据 航空遥感数据 遥测数据 全球定位系统数据（GPS）,Load,GIS与相关学科的关系,GIS与相关学科的关系,1. GIS与地图学 地理信息系统脱胎于地图，并成为地图信息的又一种新的载体形式，它具有存储、分析、显示和传输的

6、功能,它为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法; 地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一，地图学理论与方法对地理信息系统的发展有着重要的影响， 并成为地理信息系统发展的根源之一； 地图强调的是数据分析、符号化与显示，而地理信息系统则注重于信息分析。,GIS与相关学科的关系,2. GIS与计算机制图系统（1）计算机制图为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法，为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持；（2）计算机辅助制图系统是地理信息系统的一部分；地理信息系统的产生、发展与制图信息系统存在着密切的联系，两者的相通之处是基于空间数据库的空间信息的表达、显示和处理。（3）一个地理

7、信息系统拥有机助制图系统的所有组成和功能，并且地理信息系统还有数据处理的功能。,GIS与相关学科的关系,3. GIS与计算机科学计算机科学的发展对地理信息系统的发展有着深刻的影响。（1）数据库管理系统(DBMS)主要设计用于存储、管理和查询非空间的属性数据，并具备一些基本的统计分析功能，它是现代地理信息系统不可缺少的重要组成部分之一，它所具有的功能是地理信息系统有关数据操作功能的重要组成部分,但是，一般DBMS在处理空间数据时缺乏空间分析能力。,GIS与相关学科的关系,3. GIS与计算机科学 （2）计算机辅助设计(CAD)提供了数据输入、显示与表达的软件与方法。（3）计算机图形理论是现代地理

8、信息系统的技术理论之一，计算机图形学提供了图形处理、显示的软、硬件以及技术方法。（4）人工智能的发展给地理信息系统的技术进步也带来了积极的影响，虽然目前地理信息系统还没有充分利用人工智能的各种技术，但它提供了智能化技术系统的设计技术与方法。,GIS与相关学科的关系,3. GIS与计算机科学(5) 计算机网络技术的发展则为地理信息系统的构件化技术的形成提供了新的机遇，为使地理信息系统发展成为社会信息基础设施的重要组成部分奠定了基础。,GIS与相关学科的关系,4. GIS与CAD的区别CAD采用了一种最简单的矢量模型。这种模型没有采用拓扑结构数据来描述空间目标之间的关系，只是为数字制图和图形要素显

9、示提供很好的功能。这种方式下每个图形对象仅仅存储一次，相对节约了空间，但是不能进行空间查询和分析。,GIS与相关学科的关系,5. GIS与遥感遥感作为空间数据采集手段，已成为地理信息系统的主要信息源与数据更新途径。地理信息系统的应用又进一步支持遥感信息的综合开发与利用。 （1）遥感图像处理系统包含若干复杂的解析函数，并有许多方法用于信息的增强与分类，但遥感系统本身的空间分析能力颇为有限，并难与DBMS系统相连。,GIS与相关学科的关系,5. GIS与遥感 （2）大地测量为地理信息系统提供了精确定位的控制信息，尤其是全球定位系统(GPS)可快速、廉价地获取地表特征的数字位置信息。（3）航空照片及

10、其精确测量方法的应用使得摄影测量成为地理信息系统主要的数据来源。,GIS与相关学科的关系,6. GIS与MIS（1）传统意义上的管理信息系统是以管理为目的。这类信息系统的最大特征是它处理的数据没有或者不包括空间特征。 （2）另一类管理信息系统是以具有空间分析功能的，以地理信息系统为支持、以管理为目标的信息系统，它利用地理信息系统的各种功能实现对具有空间特征的要素进行处理分析以达到管理区域系统的目的。,第二节 GIS的基本构成,系统硬件 由主机、外设和网络组成，用于存储、处理、传输和显示空间数据。 系统软件 由系统管理软件、数据库软件和基础GIS软件组成，用于执行GIS功能的数据采集、存储、管理

11、、处理、分析、建模和输出等操作。 空间数据库 由数据库实体和数据库管理系统组成，用于空间数据的存储、管理、查询、检索和更新等。 应用模型 由数学模型、经验模型和混合模型组成，用于解决某项实际应用问题，获取经济效益和社会效益。,用户界面 由菜单式、命令式或表格式的图形用户界面所组成，是用以实现人机对话的工具。 GIS基本构成的结构图,计算机硬件系统,2 地理信息系统及其构成,硬件系统： GIS主机 GIS外部设备 GIS网络设备,输入、数据采集（数字化仪、扫描仪）建库、数据管理（服务器、工作站）查询、空间分析（服务器、工作站）决策支持、上网（服务器、工作站、）制作专题图（服务器、工作站）输出（绘

12、图仪、打印机）,计算机（GIS）软件系统,软件系统：GIS软件是系统的核心，用于执行GIS功能的各种操作，包括数 据输入、处理、数据库管理、空间分析和图形用户界面等。 按照其功能分为： 计算机系统软件：主要指计算机操作系统，如：Unix, Windows NT等。 GIS软件：指具有丰富功能的通用GIS软件，如：ARC/INFO, MapInfo等。 数据库软件：主要是数据库管理系统，如：Oracle, SQL Sever等。 应用分析程序： 是系统开发人员或用户根据地理专题或区域分析模型编制 的用于某种特定应用任务的程序，是系统功能的扩充与延伸。,地理空间数据库系统,地理空间数据库的组成 （

13、1）图形（几何）数据库 （2）属性数据库 （3）元数据库空间特征 属性特征 时间特征,空间数据结构,点线面,矢量数据 栅格数据,矢量图,栅格图,GIS数据库空间数据和属性数据的解决方案： 1、混合式 2、扩展式 3、开放式,应用人员与组织机构,第三节 GIS的功能简介,基本功能 数据采集与编辑； 数据存储与管理； 数据处理和变换； 空间分析和统计； 产品制作与显示； 二次开发和编程。,地理信息系统的功能,地理信息系统的功能遍历数据采集分析决策应用的全部过程，并能回答和解决以下五类问题：(1)位置，即在某个地方有什么的问题。 (2)条件，即符合某些条件的实体在哪里的问题。 (3)趋势，即某个地方

14、发生的某个事件及其随时间的变化过程。,地理信息系统的功能,(4)模式，即某个地方存在的空间实体的分布规律的问题。(5)模拟，即某个地方如果具备某种条件会发生什么的问题。,地理信息系统的空间分析功能,（1）空间检索分析,包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件集检索空间物体。“空间索引”是空间检索的关键技术。 （2）空间拓扑关系分析，空间拓扑实现了输入特征的属性的合并以及特征属性在空间上的连接。 （3）空间模拟分析，空间模拟分析刚刚起步，目前多数研究工作着重于如何将地理信息系统与空间模型分析相结合。,3.1.1 数据的采集与编辑,3 GIS的功能简介,3.1 基本功能.,主要用于获取数据，

15、建设地理信息系统数据库。 数据在GIS中抽象为不同的专题或层。（见下图） 采集方法：键盘、数字化仪、扫描仪、遥感数据等等。,数据处理和操作的内容包括：数据变换：数据数学状态的转换。数据重构：数据几何形态的转换。数据抽取：数据从全集合到子集的条件抽取。,3.1.2 数据处理与变换,3 GIS的功能简介,3.1 基本功能.,数据变换投影变换,数据重构数据拼接,数据重构结构转换,栅格结构数据,矢量结构数据,3.1.3 数据的存储与管理,3 GIS的功能简介,3.1 基本功能.,数据存储和管理是建立GIS数据库的关键步骤，涉及到空间数据和属性数据的组织。空间数据主要指图形数据；属性数据主要指空间实体的

16、特征数据，一般包括名称、等级、数量、代码等多种形式。,3 GIS的功能简介,3.1 基本功能.,3.1.4 空间查询与分析,空间查询是地理信息系统应具备的最基本的分析功能，它包括从空间位置检索空间物体及其属性和从属性条件检索空间物体。空间分析是比空间查询更深层的应用，内容更加广泛。,1. 单击【查询图形查询点查询】菜单项或查询工具条 按钮，如左图；,2. 在图形窗口中用鼠标左键选择地物。若当前点击鼠标左键能找到多个地物，系统会列出所有查询结果如右图；,3. 属性表中单击其中某一记录，该记录对应的目标将会显示在图形窗口的中央，双击可以修改属性记录。,1单击【查询拓扑关系查询包含查询】菜单项或查询

17、工具条 按钮，如左图；,2在图形窗口中单击鼠标左键，系统会查询出该面对象中包含的所有当前地物类，得出查询结果，如右图所示窗口：,3. 单击窗口中某一记录，该记录对应的目标将会显示在图形窗口的中央，双击可以修改属性记录。,叠置分析允许您对两个不同的地物进行空间叠合运算。 1单击【空间分析叠置分析】菜单项，弹出“叠置”对话框： 2默认为当前地物类的所有地物； 3在“叠置地物类”的下拉列表框中选择用于叠置的地物类。该列表框列出了所有当前地物类外所有其它面地物类； 4在“叠置选择集”下拉列表框选择用于叠置的地物。该列表框列出了叠置地物类的所有选择集。默认的选择集为所有地物； 5在“生成的目标地物类”框

18、中输入地物类名称和编码，如不输入代码，系统将指定一个编码； 6选择合适的叠置方式（交、差、并）；,缓冲区分析,3 GIS的功能简介,3.1 基本功能.,3.1.5 产品制作与显示,图形,符号,颜色,注记,图框,图例,显示终端,打印机,绘图仪,磁带/磁盘,地图,表格,图像,属性,统计图表,报表设计,驱动软件,3 GIS的功能简介,3.2 应用功能.,3.2.1 资源管理,主要任务是将各种来源的数据汇集在一起，并通过系统的统计和覆盖分析功能，按多种边界和属性条件，提供区域多种条件组合形式的资源统计和进行原始数据的快速再现。,3.2.2 区域规划,GIS数据库将多种数据信息归并到同一个系统中，最后进

19、行区域中多个目标的开发和规划。,3.2.3 国土监测,GIS方法和多时相的遥感数据相结合，可以有效地用于森林火灾的预测预报、洪水灾情监测等等。,3.2.4 辅助决策,GIS利用拥有的数据和互联网传输技术，通过一系列决策模型的构建和比较分析，可以为国家或企业的宏观决策提供依据。,土地利用类型,区域规划,国土监测,应用功能 测绘与地图制图 资源管理； 区域规划； 国土监测； 辅助决策； 定位服务。,第四节 GIS的发展透视,4 GIS的发展透视GIS发展概况,4 GIS的发展透视GIS发展概况,4 GIS的发展透视GIS发展概况,4 GIS的发展透视 我国GIS发展大事记,4 GIS的发展透视GI

20、S发展趋势,4 GIS的发展透视GIS发展趋势,4 GIS的发展透视GIS发展趋势,4 GIS的发展透视GIS发展趋势,4 GIS的发展透视GIS发展趋势,第四节 GIS的发展透视,发展概况 发展简史； 发展态势： GIS已成为一门综合性技术； GIS产业化的发展势头强劲； GIS网络化已构成当今社会的热点； 地理信息科学( geoinformatics )的产生和发展。 基础理论 地理信息系统是传统科学与现代技术相结合而产生的边缘学科，因此它明显的体现出多学科交叉的特征，这些交叉学科的基础理论同样构成地理信息系统的基础理论体系；,各国政府设立相应的组织机构来引导GIS理论研究，如美国国家自然科学基金委员会（NSF）支持成立了国家地理信息与分析中心（NCGIA）等，研究重点包括空间关系、空间数据模型、空间认知、空间推理、地理信息机理和地理信息不确定性等；,李德仁院士在空间信息系统的集成与实现一书中，扼要叙述了地球空间信息学的七大理论问题： 地球空间信息学的基准； 地球空间信息标准； 地球空间信息的时空变化理论； 地球空间信息的认知； 地球空间信息的不确定性； 地球空间信息的解译与反馈； 地球空间信息的表达与可视化。,